CN101283282B - 电流测量电路和诊断电流测量电路中的故障的方法 - Google Patents

电流测量电路和诊断电流测量电路中的故障的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种电流测量电路，包括：第一和第二输入节点(1a、1b)，在能够流过电流的电阻元件(1)的两侧接收各自的电压；差动放大器(6)，生成表示其输入端子之间的电压差的输出信号；可控电压源，响应于控制信号，选择性地将偏移电压施加到差动放大器(6)的至少一个输入上；控制信号发生器，发生施加到电压源的控制信号，使得在第一时刻施加的偏移电压比在第二时刻施加的偏移电压大；以及诊断装置，通过比较在施加偏移电压时的第一时刻、和在未施加偏移电压的第二时刻来自放大器的输出，来识别在第一输入节点和放大器的各个输入之间的电路径中存在的故障。

Description

电流测量电路和诊断电流测量电路中的故障的方法
技术领域
本发明涉及电流测量电路的改进和测试这种电路的完整性的方法。
背景技术
人们已经知道通过测量串联连接在路径中的电阻器上的电压降来测量沿电路中的路径流动的电流。通过应用欧姆定律，电流可以由I＝(Vi-Vo)/R给出，其中，Vi和Vo是电阻器的以伏特为单位的输入和输出电压，R是以欧姆为单位的电阻。
一般如下测量电压降：将电阻器的输入侧和输出侧连接到差动放大器的正输入端子和负输入端子，然后在需要时再连接到将差动放大器的输出转换为电流值的微处理器。另外，通常在从电阻器的电压分接点和放大器的输入之间设置一些滤波，以去除任何高频噪声并使其有利于放大器的高频共模抑制。最简单的方式可以包括第一级低通滤波器，该第一级低通滤波器具有一个电阻器和一个电容器。即使这样少的部件，也会产生故障，导致进行了错误的电流测量。
发明内容
因此，根据本发明的第一方面，提供一种电流测量电路，包括：
第一和第二输入节点，在能够流过电流的电阻元件的两侧接收各自的电压；
差动放大器装置，生成表示其输入端子之间的电压差的输出信号；
电路径形成装置，提供输入节点中的每一个与差动放大器的各个输入端子之间的连接；
可控电压源，响应于控制信号，选择性地将偏移电压施加到差动放大器的至少一个输入上；
控制信号发生器，发生施加到电压源的控制信号，使得在第一时刻施加比在第二时刻施加的偏移电压大的偏移电压；以及
诊断装置，通过比较在施加偏移电压时的第一时刻、和在未施加偏移电压的第二时刻来自放大器的输出，来识别在第一输入节点和放大器的各个输入之间的电路径中存在的故障。
在第一时刻的放大器的输出和第二时刻的输出之间的差小于预定的阈值水平时，诊断装置可以生成表示故障的错误信号。该水平可以根据电路径中的任何部件的值、电阻器上的期望电压降等来选择。
电路径形成装置可以包括低通滤波器。在电阻器和放大器的输入侧与电阻器和放大器的输出侧之间的每一个路径中可以设置单独的低通滤波器。它可以包括第一级滤波器，例如一个电阻器和一个电容器。
电压源可以只向放大器的一个输入端子、例如其正输入端子或负输入端子，或者也可以对两个输入端子都施加偏移电压。将偏移仅施加到一个上能够测试该输入的完整性，但对于另一个则不能。施加到两个上可以对路径之间的完整性(所谓的共模)进行测试。
可以利用单个控制信号控制可控电压源，但最好利用两个信号，使得偏移电压被独立地施加到正端子或负端子。这可以通过使用经由单独的开关与放大器的每个输入端子相连接的电压源来实现，其中，每个开关由其自身的控制信号来控制。在每个开关和放大器的各个输入之间可以设置电阻器，以限制来自电压源的电流。
诊断装置可以被包含在微处理器中，所述微处理器还可以具有控制信号发生器。在处理器中运行的程序可以使得生成控制信号，并使得由处理器诊断从放大器获得的输出信号。
所述程序(或等效方案)可以使得诊断装置和控制装置执行如下功能：
正输入测试-在该测试中，控制信号发生器产生使得在第二时刻偏移电压被施加到正端子而不是负端子的信号。在第一时刻不施加偏移。
负输入测试-在该测试中，控制信号发生器产生使得在第二时刻偏移电压被施加到负端子而不是正端子的信号。在第一时刻不施加偏移。
公共输入测试-在该测试中，控制信号发生器产生使得在第二时刻偏移电压被施加到负端子和正端子双方而不是正端子的信号。在第一时刻不施加偏移。
第一时刻可以领先于或迟于第二时刻。在任何情况下，它们都最好彼此接近，以便使经由电阻器可能产生的任何电流变化最小化。另外地或替代地，可以定义预定的限度，以考虑到从第一时刻到第二时刻的电流的任何预期变化。
另外，应当理解，只要在第二时刻对一个或两个端子施加不同的偏移，就可以在所有时间都对输入端子施加偏移的情况下实施本发明。可以容易地设置电压源，该电压源如上所述或者是被连接的电路，或者是保持开放的电路。
根据本发明的第二方面，提供一种诊断电流传感装置中存在的故障的方法，在所述电流传感装置中，差动放大器生成表示电流传感电阻器上的电压降的输出，所述方法包括如下步骤：
在第一时刻测量放大器的输出；
在第二时刻对差动放大器的至少一个输入施加偏移电压；
在第二时刻测量放大器的输出；以及
比较在第二时刻放大器的输出和在第一时刻放大器的输出。
该方法还包括如下步骤：
在第三时刻对差动放大器的至少另一个输入施加偏移电压；
在第三时刻测量放大器的输出；以及
比较在第三时刻放大器的输出和在第一时刻放大器的输出。
通过比较对其输入施加偏移电压时和未施加时放大器的输出(对两个输入可选择地进行)，可以测试从传感电阻器到放大器输入的输入路径的完整性。
可选地或另外地，该方法可以包括如下步骤：
在第四时刻，测量放大器的输出，同时对放大器的正输入端子和负输入端子双方施加偏移电压；
在第四时刻测量放大器的输出；以及
比较在第四时刻放大器的输出和在第一时刻放大器的输出。
该比较可以包括如下步骤：确定在第一时刻和在第二时刻(或第三时刻)放大器的输出之间的差，并在该差比预定的限度小时，指示故障。该方法还可以包括如下步骤：确定在第一时刻和在第四时刻放大器的输出之间的差，并在该差比预定的限度大时，指示故障。
可以在不同时刻，例如以有规则的间隔、或发生例如启动包含电流传感电阻器的电路等预定义事件的任何时候，重复进行该方法。
该方法可以包括有选择地进行如下动作：在要施加偏移电压时，将放大器的输入连接到电压源上，而在不需要时，将其连接到高阻抗源(例如开放电路)上，或将其连接到两个不同的电压水平上。
附图说明
图1是示出现有的电流传感电路的图。
图2是示出本发明的电流传感电路的图。
具体实施方式
下面参考附图来举例说明图中示出的本发明的一个实施方式。
图2所示的系统被配置为测量流经设置在电路径2中的电阻器1Rtest的电流，其中，将沿着电路径2测量电流的水平。为了这个目的，典型地在该路径中仅设置电阻器1，所述电阻器1与有源系统3串联连接，并且该电阻器具有高容许偏差和已知的电阻。更好地，该电阻为小电阻，使得其对有源电路的整体电压施加的影响小，例如为1毫欧或更小的级别。
从电阻1的每一侧的输入节点1a、1b取出两个电压输入Vi和Vo。电压Vi和Vo中的每一个沿着低通滤波器形式的电路径输入到差动放大器6的各个输入4、5上。为了清楚起见，以功能块示出放大器6，因为在本发明的范围内可以采用很多放大器的配置。
更具体地，电路径中的第一个路径包括：在电压输入Vi和放大器的正端子之间串联连接的电阻器R1，和将放大器输入的正端子与地连接的电容器C1。电路径中的另一个路径包括：在电压输入Vi和放大器的负端子之间串联连接的同样的电阻器R2，和将放大器输入的负端子与地连接的电容器C2。在本领域中，这种配置本身是公知的。当然，可以设置具有其他附加部件的更复杂的路径，并且本发明并不限定于图2所示的实施方式。
另外，可控电压源VDD经由电阻器R4连接到电阻器R1和放大器的正端子之间的路径中的一个点上。重复进行如下连接：经由另外一个电阻R3连接到电阻器R2和放大器的负端子之间的路径中的一个点上。
可以响应于控制信号将电压源VDD从0伏特的高阻状态切换到预定的电压水平。如图所示，使用了两个开关，根据需要通过各自的控制信号来驱动每个开关，以便向放大器的一个或两个端子施加电压，或不向任何一个端子施加电压。
放大器的输出被供给到模拟-数字转换器7，并供给到微处理器，该微处理器对输出进行处理以确定流经电阻器Rtest的电流。该微处理器还通过比较放大器的输出和不同时刻获取的输出，来执行各种诊断测试。可以应用如下测试：
1-正端子完整性测试
对开关施加的控制信号在第一时刻不产生要向正输入施加的偏移电压，而在第二时刻产生要施加的偏移。在这些时刻都不对负端子施加偏移，并在第一和第二时刻都测量放大器的输出。确定第一和第二时刻的测量之间的差，若该差小于预定的限度，则视为正输入的完整性被破坏，例如出现故障。然后微处理器可以生成错误标记来表示测量不可靠。
2-负端子完整性测试
除了用于负端子，该测试与正端子完整性测试相同。对开关施加的控制信号在第一时刻不产生要向负输入施加的偏移电压，而在第二时刻产生要施加的偏移。在这些时刻都不对正端子施加偏移，并在第一和第二时刻都测量放大器的输出。确定第一和第二时刻的测量之间的差，若该差小于预定的限度，则视为负输入的完整性被损坏，例如出现故障。然后微处理器可以生成错误标记来表示测量不可靠。
3-桥共模完整性测试
除了在第二时刻在正端子和负端子都存在偏移电压、在第一时刻不存在偏移外，该测试与正端子和负端子测试相类似。在第一时刻和第二时刻的放大器的输出之间的差大于预定的限度时，指示故障。

Claims (9)

1.一种电流测量电路，包括：
第一和第二输入节点(1a、1b)，在能够流过电流的电阻元件(1)的两侧接收各自的电压(Vi，Vo)；
差动放大器(6)，生成表示其输入端子(4、5)、即正输入端子和负输入端子之间的电压差的输出信号；
电路径形成装置，提供输入节点(1a、1b)中的每一个和差动放大器(6)的相应输入端子(4、5)之间的连接；
可控电压源，响应于控制信号，选择性地将偏移电压施加到差动放大器(6)的至少一个输入上；
控制信号发生器，生成施加到电压源的控制信号，使得在第二时刻施加偏移电压，该偏移电压比在第一时刻施加的偏移电压大；以及
诊断装置，通过比较在第一时刻的放大器的输出和在第二时刻的输出，来识别在第一输入节点和放大器的相应输入之间的电路径中存在的故障，其中，在第一时刻的放大器的输出与在第二时刻的输出之间的差大于或小于预定的阈值水平时，诊断装置生成表示故障的错误信号。
2.如权利要求1所述的电流测量电路，其特征在于，电路径形成装置包括低通滤波器。
3.如权利要求1或2所述的电流测量电路，其特征在于，
电压源仅对放大器的一个输入端子、或者对两个输入端子施加偏移电压。
4.如权利要求1所述的电流测量电路，其特征在于，
利用单个控制信号来控制可控电压源。
5.如权利要求1所述的电流测量电路，其特征在于，
利用至少两个信号来控制可控电压源，使得偏移电压被独立地施加到正输入端子或负输入端子上。
6.如权利要求1所述的电流测量电路，其特征在于，
诊断装置被包含在微处理器中，所述微处理器还包含控制信号发生器，在所述微处理器中运行的程序使得生成控制信号，并使得由所述微处理器诊断从放大器获得的输出信号。
7.如权利要求1所述的电流测量电路，其特征在于，
控制装置使得该电路执行以下功能中的一个或多个：
(a)在第二时刻将偏移电压施加到正输入端子而不是负输入端子，而在第一时刻不施加偏移电压；
(b)在第二时刻将偏移电压施加到负输入端子而不是正输入端子，而在第一时刻不施加偏移电压；以及
(c)在第二时刻将偏移电压施加到正输入端子和负输入端子双方，而在第一时刻不施加偏移电压。
8.一种诊断电流传感装置中存在的故障的方法，在所述电流传感装置中，差动放大器(6)产生表示电流传感电阻器(1)上的电压降的输出，所述方法包括如下步骤：
在第一时刻测量放大器(6)的输出；
在第二时刻对差动放大器(6)的至少一个输入施加偏移电压；
在第二时刻测量放大器(6)的输出；
比较在第二时刻放大器(6)的输出和在第一时刻放大器(6)的输出，在第三时刻对差动放大器(6)的至少另一个输入(5、4)施加偏移电压；
在第三时刻测量放大器(6)的输出；以及
比较在第三时刻放大器(6)的输出和在第一时刻放大器(6)的输出，所述方法还包括如下步骤：
在第四时刻测量放大器(6)的输出，同时对放大器的正输入端子和负输入端子双方施加偏移电压；
在第四时刻测量放大器(6)的输出；以及
比较在第四时刻放大器(6)的输出和第一时刻放大器(6)的输出，
其中，该比较包括如下步骤：确定在第一时刻与在第二时刻或第三时刻放大器(6)的输出之间的差，在该差比预定的限度小时，指示故障；以及确定在第一时刻和在第四时刻放大器(6)的输出之间的差，在该差比预定的限度大时，指示故障。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，还包括如下步骤：
交替地进行如下动作：在要施加偏移电压时，将放大器(6)的输入连接到电压源上，而在不需要时，将其连接到高阻抗源上，或者在要施加偏移电压时和在不需要时，分别将其连接到两个不同的电压水平上。
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